試論鋼網架結構設計方法及其優化措施

賽福鼎·乃吉木

摘 要：建筑業不斷發展，使各項技術得到推廣與應用，鋼網架結構覆蓋跨度較大、受力合理，更加符合人們對建筑結構設計水平高層次的需求，建筑穩定性強的同時，外形也變得更加美觀實用，良好的技術能夠從全方面提升建筑品質，使建筑物綜合性價比更高。鋼網架結構的推廣與應用，能夠從技術層面給設計師提供豐富的創作自由，而且其整體較小構件還可進行工廠的提前預制，大大減少了工期，節省了預算投資，經濟合理，受到施工單位歡迎，鋼網架結構設計在我國當前建筑工程中有著非常廣泛的應用。文章主要通過對鋼網架結構設計方法的分析，進一步提出優化措施，以此促進我國建筑結構設計水平發展。

關鍵詞：網架結構；節點；桿件；優化

1 鋼網架結構的選型

鋼網架結構較為復雜，需要進行科學的選型，才能確認整體結構。鋼網架結構是空間鉸接桿系結構，一定要全面考慮到整體結構在力學上的問題，確保結構更加穩定。按現行標準要求，網架結構設計要滿足受力需要，對外部壓力、受力方向要嚴格遵守設計要點，保證在受到任何外力作用下，網架結構均穩定平衡，不發生變形問題，實現結構整體的安全性。要想從根本上確保網架結構穩定，就需要按使用功能，對網架結構做好科學的選型，良好科學的選型結構直接關系到整體結構，所以要根據實際情況確定選型，保證安全穩定。選型時，一要全面考慮幾何問題，因為結構幾何不確定則會出現更多的可變量，影響到結構穩定。在實際施工過程中，網架結構樣式非常多，要根據使用功能、所處區域特征做好選型，在具體選擇時，要看建筑平面、尺寸、荷載、網架、安裝及成本，做好全面選擇，以經濟性原則為出發點，從幾個設計方案中擇優選擇一個設計思路。在選型時，要全方位考慮，一是看用鋼量多少，用鋼量是主要考慮的方向，要在經濟性原則基礎上，確保用量最少，材料最少，平面比較接近正方形時，斜放四角錐網架結構最經濟合理，正放四角錐結構僅次于斜放四角錐結構；二是連接點差價，桿件與節點連接部位造價也要保證安全的前提下，成本最低；三是安裝費用，各種材料運輸和安裝費用也關系到經濟效益，所以要綜合考慮各項經濟指標。通過實踐證明，選型最好的結構是三角錐和四角錐，按這種幾何單元確定的網架結構非常穩定，是施工中經常用到的幾何單元形式，能夠保證各個結構上的穩固，具有不變性的明顯特點。

2 鋼網架結構設計方法

2.1 網架結構桿件設計

網架結構設計常用形式是鋼網架，Q235和Q345鋼材用量較大，相對其他鋼材而言，力學性能較好，性差比較高，同時，在進行施工時，焊接性能也是最佳，穩定性強、安全性高，在施工中能夠大面積使用與推廣。鋼網架結構桿件截面形式多種多樣，空腹載面呈現力較好，圓鋼管和方鋼管均有良好的性能，在慣性矩方面表現較強，能夠承受巨大的外力作用，而不出現變形。空腹截面焊接封閉后，內部穩定不易腐蝕，同時，在使用過程中，表面積水積灰現象也較少，施工中能夠大面積使用。

2.2 網架結構節點構造設計

節點構造設計非常重要，直接關系到整體結構的穩定程度，是鋼網架結構設計中最關鍵的部位，這主要是因為所有桿件均要通過節點，利用節點對各部位進行連接，結構中的節點受力最大，是傳遞荷載、承受作用力最大的關鍵部位，只有全面做好節點設計，才能確保結構整體上的穩定。節點設計非常重要，要全方位考慮應力和傳力特性的問題，處理好受力承載點，要從結構造型上充分考量，做好受力點的計算與選擇，使節點更加精準可靠，保證受力均勻穩定。在進行設計選擇時，更要考慮到后期制作、安裝、施工和造價等因素，只有全面考慮才能保證工程整體的施工方案更加科學合理。從實際操作上看，網架結構節點主要由內部節點和支座節點兩大類構成，不論哪類設計，均要考慮到構造受力傳力問題，確保可靠、簡單、方便。

2.3 網架結構設計注意事項

我們進行鋼網架結構設計過程中，要注意幾個問題，特別是首先考慮好受力點是否合理，只有受力點合理科學，才能保證結構的穩定可靠，各細節需要做好精算，符合工程造型特點，保證結構美觀實用。要進行設計時，根據建筑使用用途、功能等特征，結合實際造型方案，全面設計好各受力點，通過合理布置，保證結構穩固，確保方案可行；其次，要從安裝角度進行考慮，設計美觀不等于安裝方便，所在設計時，還要考慮到工程進度，確保受力合理的基礎上，考慮到安裝操作流程，為結構穩定性提供保障；最后是經濟性，造價是工程避不開的問題，結構設計也要考慮到工程造價的問題，保證穩定安全前提下，使工程投入最小化、最優化。

2.4 網架結構耐久性對策

鋼網架結構使用材料為鋼材，鋼材易銹蝕，會大大降低桿件截面面積，影響網架結構穩定和安全。對環境潮濕的則會導致鋼網架銹蝕速度加快，縮短鋼網架結構使用壽命。主要方法如下，一是鋼材煉制增加合金元素，改變金屬結構組織提高抗銹蝕能力；二是鋼材表面使用金屬鍍層；三是鋼材表面涂非金屬保護層，經濟合理、效果良好。

3 網架結構的屋面排水

網架結構是一項較大的工程，整體建筑屋面面積較大，對這樣的層面需要做好科學統籌，保證屋面排水流暢，那么在進行設計時，就需要全面考慮到使用的問題，不能出現積水影響工程質量問題，網架屋面排水方式多種多樣。

3.1 網架變高度

要想保證結構排水流暢，則需要通過計算來實現，一般情況下，網架跨中高度需要不斷增加，使上弦桿形成屋面排水坡度，下弦桿仍與地面平行，這種排水方式較為常用。跨中高度增加能使弦桿內力降低，但上弦桿和腹桿種類增多，雖然制作和安裝困難，但這種做法能夠提高網架整體的抗震性能，增強穩定性的同時，起到良好的排水效果。

3.2 整個網架起拱

這種方式排水效果較好，平方根是采用整個網架起拱的方式進行處理，使屋面排水更加流暢快速。主要方法是使網架上、下弦桿仍保持平行，只將整個網架在跨中進行有效抬高，使中間部分拱起，計算高度時，需要對起拱高度做好測算，一般需要根據屋面排水坡度確定，處理不好，起拱過高會對桿件內力產生巨大影響，如果過低，則起不到良好的排水效果，采用這種方法的優點是結構抗震性能好、整體穩定性強。

3.3 上弦節點上設小立柱

這種方法也較為普遍，主要是在網架上弦節點上做一個小立柱，這樣就能形成排水坡，這種方法較為靈活，只要改變小立柱的高度和布置情況，就能夠形成雙坡、四坡或其他更復雜的多坡排水系統。如果網架跨度大，那么對小立柱高度的要求也越精細，如果處理不當，則小立柱抗震性能就會變差。

4 網架結構優化設計

鋼網架結構優化設計包括網架類型優化、網架跨度優化及網架高度優化三種。不同網架類型對要件要求也不一樣，同樣下用鋼量也不同。用鋼量少的主要是正放四角錐網架、斜放四角錐網架、抽空四角錐網架和棋盤四角錐網架，這些結構最為常用。網架跨度影響網架厚度和網格尺寸，進行網架優化設計需要準則法、數學規劃法和系統迭代優化設計方法等一系列方法，不同的方案使用不同的設計方法，但在全盤考慮到網架結構特征參數，同時根據構造經驗對優化結果進行調整，使設計更近實際。

5 結束語

鋼網架結構設計在我國建筑結構設計中應用比較廣泛，是綜合性較強的結構設計方式，進行設計時，綜合考慮建筑使用用途、受力負荷及環境因素，制定最佳方案，才能促進我國建筑結構不斷發展。

參考文獻

[1]金志強，孟根寶力高，李艷楠.異形單層鋼網架結構設計[J].鋼結構，2012.

[2]蔣濤，付長春，張同波.大跨度復雜造型鋼網架拔桿提升系統設計[J].施工技術，2010.